地球内核粘滞度的动力学估计

最新的地震学研究指出,地球的内核正在对地球的其余部分作相对旋转。根据数值模拟,这一情形可能是由在液态外核中正在作对流运动的流体所保持。另一方面,由于地幔中质量分布的不均匀,巨大的引力将足以便内核与地幔相匹配。内核的不同旋转会通过在旋转时对自身形状的调整民这些强大的引力保持一致,进面可得出在地球最内部区域内有效粘滞度的一个估计。由推测的旋转率得到的内核粘滞度为小于１０＾１６Ｐａ或大于１０＾２０Ｐａ。     

地球内核快速旋转的发现与全球变化的轨道效应

科里奥利效应是产生内核快速旋转的主要原因。科氏力使上升物质向西漂移，下降物质向东漂移；造成地球外层自转减速，地球内层自转加速。所以，自旋体中的垂直运动可以产生大规模的水平运动——圈层差异旋转。地震波测量结果表明，内核旋转速度每年比地壳地幔快１°。对于一个内核差异旋转的地球，太阳辐射不仅形成地磁场的内外磁尾和地壳与内核的反向振动，而且影响核幔角动量交换和电磁耦合，从而控制了地球内能的释放，形成天文周期与地质旋回的一一对应关系。地球轨道和太阳轨道的全球变化响应，为太阳辐射量变化控制地球内能释放提供了证据     

地球内核快速旋转的发现与全球变化的轨道效应

科里奥利效应是产生的内核快速旋转的主要原因，科氏力使上升物质向西漂移，下降物质向东漂称；造成地球外层自转减速，地球内层自转加速。所以，自旋体中的垂直运动可以产生在规模的水平运动－－圈层差异旋转。地震波测量结果表明，内核旋转速度每年比地壳地幔快１。对于一个内核差异旋转的地球，太阳射不仅形成地磁场的内外磁尾和地壳与内核的反向振动，而且影响核幔角动量交换和电磁耦合，从而控制了地球内能的释放，形成天文周期     

地球的历史:核-幔磨理论

论述了一个旨在统一板块构造学说和地幔柱学说的地球动力学理论。尽管这个理论基于两个不寻常的假设,它也许揭示了一个系统的地球演化动力学模型。该理论认为：地球的内核是—磁铁,内核的铁磁性已被观察到的地震波速度各向异性所证实。因为由地球和类木行星之间的磁相互作用所引起的扭力矩始终作用于地球的内核,内核象一个旋转发动机,每时每刻趋于改变地球的自转速度和自转轴位置,而地幔的惯性试图阻止地球自转的变化。这两者之间的相互作用导致了流体外核的形成、玄武岩浆的产生、洋壳的形成、以及内核和地幔之间的差异旋转运动。由于核-幔差异旋转运动,位于核-幔边界的岩石被逐步研磨成玄武岩岩浆。洋中脊系统被解释成巨大的岩墙系统,生根于核-幔边界层中某些主岩浆房。该理论认为：全球构造运动的驱动力来自外部空间,无论是洋壳或陆壳中的构造运动均是地球表面的扩散现象,它受地球的背景辐射和地壳中的物质分布两方面因素影响。其中地球两极方向的差异背景辐射决定了洋中脊系统在地球表面的分布样式和全球构造运动模式。目前,地球遭受着较强的向南极之上的背景辐射和相对较弱的向北极之上的背景辐射。由这种极向的差异背景辐射所引起的吹力驱动着大陆朝北漂移,并导致了地球的梨状形态、以及张性变形发育于南半球和压性变形发育于北半球。这种不对称的地球变形产生了当前颇具特征的洋中脊分布样式(因为洋中脊作为扩张中心始终是沿着垂直于最小应力方向发育),并因此决定了现在的海底扩张方式。整个地球历史可分：第一阶段(27亿年之前)以没有洋壳为特征;第二阶段(自27亿年至22．5亿年)以形成洋壳为特征;第三阶段(22．5亿年之后)以陆壳生长为特征。     

地球节律的成因

地球节律主要受地球内部能量间歇性的释放所控制。旋转系统有不同于非旋转系统的位能、热能和旋转能的相互转换方式。在重力分异和热对流过程中，地核不仅有巨量热能，而且有巨量的旋转能和放射性蜕变能。这是地球能量释放的内因。天文因素使地球内核周期性地南北振动，使地球轨道、体积，形状、自转速度、公转速度和差异旋转状态周期性地变化。这是地球能量间歇性释放的外因。对作差异旋转的内核而言，万有引力常数Ｇ的变化可以改变太阳辐射量和太阳系体积，影响核幔的角动量交换和地壳地幔容积，造成热幔柱的形成与喷发，控制了核幔边界的能量交换过程。这是天文周期与地质旋回一一对应的原因，也是地球节律产生的根本原因。这使人们可以从天文周期预测地质变动。     

地球旋转膨胀与冈瓦纳古陆裂解

地球自转速度变慢说明地球在旋转的同时其体积在膨胀。这与红移现象等说明的宇宙膨胀是一致的。地球放射性物质的放射性能导致软流圈及塑性地核外核的形成。地球自转的惯性与地球塑性层的共同作用导致了地球的层间滑动。地球外圈应相对于内圈转动较慢。转动较快的内层层圈的运动方向为自西向东,或左旋剪切。即,软流圈之下的下地幔应相对于岩石圈自西向东转动较快;塑性地核外核之下的内核应相对于外核自西向东转动较快。在地球层圈之间的剪切力和地球放射性能所引起的热能的共同作用下,在软流圈产生物质的对流,形成地幔物质对流。推测地核的外核也可能会产生塑性物质的对流。地轴倾角ε的变化以及潮汐转矩和岁差转矩是地球动力学的重要因素。地球的旋转膨胀是板块运动的地球动力学基础,也是冈瓦纳古陆裂解的运动学基础。     

核幔边界动力学——地球自转十年尺度波动

总结了地球核幔边界动力学有关研究的新进展,如核幔边界的特性、核幔边界的地形起伏、核幔边界附近地幔对流格局和地球外核顶部的流场等。从地核—地幔之间的耦合出发,讨论了地球自转十年尺度的波动问题,简述了核幔之间电磁耦合、粘滞耦合和地形耦合对十年尺度波动影响的基本理论。提出在该项研究中应以综合分析为基础,开展多学科的联合、交叉研究的途径以深化对地球自转十年尺度波动机理的认识。     

一个改进的地球圈层差异旋转模型

地球自转速度在长期的减慢,而内核自转 又较其外部的地球部分转动快,这是由日 、月对地球的潮汐摩擦引起的同一动力学背景下导致的相关现象。通过能量守衡的定量分析 ,得出地球潮汐耗散能的11% 即可导致内核自转较其外部的地球部分自转快的结论。通过推 理比较和定量分析,提出了岩石圈层、主地幔圈层与内核三个圈层的差异旋转模型：岩石圈 自转速度<主地慢自转速度<内核自转速度。它可能是导致大陆向西飘移-板块构造及地磁产 生的重要机制之一。     

Cascade弧北部平行海沟的地幔流:来自玄武岩的地球化学证据

<正>俯冲带是研究地幔对流的重要窗口。二维模型显示,大洋板块俯冲时会因粘滞作用带动上覆地幔,诱发地幔楔流动。而三维空间中,地震波的各向异性、3D数值模拟及实验研究都显示,俯冲带地幔流动情况非常复杂。由于原始弧岩浆能代表地幔楔的组成,因此可以从弧岩浆地球化学性质的空间变化上直接反应地幔楔的流动模式。加拿大英属哥伦比亚大学学者Emily Mullen和Dominique Weis最近重新对Cascade弧北部近平行于弧方向的     

试论地球深部地热能传输机理

本文在对前人地热成因认识归纳检验的基础上,通过演绎推理的方法,从几条基本的物理定律和基本假设组成的第一性原理出发,推理“地球内部热能从深部向浅表传输”的动力学过程,探讨深层地热能热源机制。热源机制问题从物理学的角度看,本质上就是热能从地球内部向近地表传输的问题。可以根据第一性原理,通过演绎法推理其可能的传输过程。深层热能传输的第一性原理由“温度的定义、热胀冷缩原理、阿基米德原理、热力学第二定律以及辐射、传导和对流三种热量传输方式的效率对比”5条基本的概念和定理组成。结合地球已知的圈层结构,通过演绎推理可知,在固态内核偏移驱动下,液态外核开始流动,在局部聚集导致地幔中形成上升的地幔柱;地幔柱在另一个地球圈层界面发生顶托作用,使得界面上凸,并产生烘烤加热作用,被烘烤的上层物质流变性增强发生侧向流动,于是物质垂直运动转换为水平运动。水平流动的热物质聚集到一定程度又会上浮产生垂直运动。如此垂直运动和水平运动不断转换,最终将地球深部地核中的热能传输到了地壳浅层。地球深部热能向浅表传输的过程会导致海底增生扩张、板块运动、盆山耦合等,同时也形成不同级别的控热构造系统。地球尺度的控热构造系统为:地球内核为生热构造,液态外核为储热构造,各级地幔柱和流动的高温物质为导热构造,地表的火山、温泉、地震为释热构造子系统。大陆地壳准固态流变物质的侧向流动是干热岩形成的主控因子,对于干热岩地热能勘查具有重要意义。     

地球液核的动力学效应研究进展

简要介绍了液核动力学研究的方法及液核动力学效应检测的进展和研究结果,着重介绍了超导重力仪在液核动力学研究中的作用。基于初始参考地球模型（PREM）,采用球对称、非自转、完全弹性和各向同性地球的弹性引力形变理论研究了液核动力学扰动导致的地球固体部分的形变和重力位扰动。根据重力潮汐观测中的近周日共振特征,利用国际超导重力仪观测资料研究了地球的自由核章动（FCN）,精密确定了有关的共振参数,其中FCN的本征周期为429.0（424.3,4 433.7）恒星日,品质因子为 9543（6405,18714）,复共振强度为（－6.10±0.20,－0.01±0.20）×10^－4°/h。最近,我们还估计了全球地球动力学观测网中全球分布的14台超导重力仪21个长期、连续重力观测序列的"积谱密度"以检测固体内核的平动振荡运动。     

地球内部构造和动力学的地震学研究

扼要论述地震学研究在地球内部构造和动力学领域中取得的新进展。我国人工震源的观测在青藏高原、下扬子、大别造山带、华北地震区等获得了一批地壳细结构的成果,已广泛地用于地球动力学研究中。天然地震观测资料的层析成像取得了我国大陆地壳上地幔三维结构的图像。虽然大多数结果提供了地球动力学的背景,但就其分辨率而言还不足于进行有效的大陆动力学研究。笔者认为,提高最终三维模型的分辨率是当前地震学研究的关键之一。美国的两个地震学研究小组根据各自研究工作,揭示了地球内核自转比地幔和地壳部分快,是地震学对地球科学的重大贡献。     

地球内部物质、能量交换与资源和灾害

研究地球内部结构、圈层耦合和深层动力过程是一系列地学前沿问题的基础。地球表面所见地球物理场异常、地质构造格局、地球化学组分无一不受到地球内部物质、能量交换过程的制约 ,如地球圈层的形成与演化 ,大陆伸展与裂谷形成 ,造山带与盆地 ,资源与能源 ,地震“孕育”、发生和发展的深部介质和构造环境 ,地球内核速度差异旋转等 ,均为深部物质运移和物理学、化学及地质构造耦合的产物。然而至今有很多要素与深层过程尚处于定性的与推断的阶段 ,对其探索的深度与本质知之甚少 ,故尚待不断深入研究和发现。文中提出的科学问题乃是当今地球科学领域中的前沿问题。文章主要讨论 3个问题 :( 1)问题的提出与思考 ;( 2 )金属矿产 ,大陆伸展与裂谷、盆地形成 ,地震“孕育” ,地球内核速度差异旋转与深部物质上涌 ;( 3 )地球内部物质、能量交换和圈层耦合与深层动力过程。当今世界上对这些科学问题的研究刚刚开始 ,有一些结果或说法也还是定性的、轮廓的或推断的。为此 ,文中对所论述的每一方面的科学内涵均提出了一系列问题 ,并给出了为解决这些问题而必须研究的主体领域。     

地球自转十年尺度波动与核幔耦合的可能机制

简要介绍了地球自转变化的一般规律可能的地球物理激发因素，十年尺度波动与核幔边界耦合之间的联系，以及几种可能的核幔耦合机制。强调了地震波探测手段对于获限地球内部信息的重要性，同时指出将空间大地测量，重力测量和地磁怀地球物理学方面的理论与模型研究相结合，对于最终分析和确认地球自转变化中的各种信息及其激当因素是十分重要的。     

外核液态铁粘滞度的分子动力学研究

地球外核液态铁的不断流动造成了地球磁场 ,决定这一流动的基本性质之一是剪切粘滞度。研究外核液态铁的剪切粘滞度对认识地球磁场的运转机制具有非常重要的意义。地震波和大地测量研究表明地球内部除了剪切衰减外 ,还具有体积衰减。研究外核液态铁的体粘滞度对认识地球内部非弹性性质具有重要意义。由于外核所处的温度和压力状态 ,目前还无法从实验的角度对外核的粘滞度进行测量 ,因此必须采用实际观测和理论模拟计算相结合的方法。在考察了地球外核的主要成分和所处的温压状态后 ,简要介绍了研究外核的一种有效的理论方法———分子动力学。在此基础上 ,重点评述了国际上对外核液态铁剪切粘滞度和体粘滞度的研究现状。在剪切粘滞度方面 ,理论计算值位于实际地球观测值区间的下限。在体粘滞度方面 ,理论计算与实际地球观测之间均存在巨大的差别。这一巨大差异的解决将加深人们对地球内部非弹性性质的认识。     

全球地幔三维结构模型及动力学研究新进展

介绍了地幔三维地震模型及地球动力学最新进展，特别是１９９５年７月ＩＵＧＧ第２１届大会展示的新成果。地幔三维速度分布主要由全球数字地震台网资料求得。１００ｋｍ深度速度分布主要与板块构造有关，３５０ｋｍ深度显示了大陆与海洋的差异，１９００ｋｍ深度表现环太平洋的高速异常带。     

地球磁极倒转的星地碰撞成因

地球磁场多次发生南北(正负)磁极位置的变换, 即极性倒转, 这已为大家所公认; 但造成这种极性倒转的原因, 则是迄今未能很好解答的一个难题.基于地球磁场的发电机效应理论和星地碰撞的动力效应研究, 探讨了外星撞击地球造成地磁场极性倒转的可能性.研究表明, 当外星沿与地球自转的正逆不同方向撞击地球时引起的地球转速快慢变化, 可导致地球内部核、幔圈层之间的转速相对快慢关系(相对运动方向)发生改变, 从而受其控制的液核涡旋方向及相应的地磁场方向也会随之改变, 于是就形成地磁极性倒转.这是一个新的思路, 它给地磁极性倒转提出了一个简明的动力机制解释.      

地震波各向异性：窥测地球深部构造的“探针”

地震波各向异性日益成为不可忽视的地质地球物理现象。地球内部不同圈层（地壳、地幔和地核）都存在着地震波各向异性，并表现为不同的规模（小到单矿物和岩石，大到地体甚至上地幔）和强度。通过地震波各向异性可以间接获取岩石圈厚度、地球深部结构与构造变形、地球动力学和地幔对流等信息。主要从地震波各向异性的表现形式、原因及地质地球物理意义等方面对近年来大洋俯冲带、大陆裂谷、地幔转换带和大陆碰撞造山带（青藏高原）等构造环境中的研究成果进行了评述，讨论了各向异性[JP2]研究中需要重视的几个问题：①剪切波分辨率；②矿物组构研究；③其它各向异性成因机制。还强调了各向异性研究与流变学、高温高压岩石物理实验相结合的新方向。